L’orge (Hordeum vulgare L.) est l'une des céréales les plus importantes du monde et l’une des premières cultures domestiquées. Elle a été utilisée pendant des siècles pour l'alimentation humaine. Comme toutes les autres plantes, l'orge est dépendante de l'azote inorganique. L’efficacité de remobilisation de l'azote est donc très importante pour le remplissage des grains et pour la teneur en protéines du grain. L'objectif de ce travail est de donner une image du métabolisme des feuilles sénescence chez l'orge lorsque les plantes sont cultivées dans des conditions limitantes ou non en nitrates. Les analyses biochimiques, physiologiques et moléculaires de la sénescence des feuilles d'orge ont été réalisées. La gestion de l'azote pendant la sénescence des feuilles a été suivie par l'évolution des différents composés azotés au cours du vieillissement de la feuille. Une étude de profilage métabolique a été effectuée afin de déterminer les caractéristiques métaboliques de la sénescence des feuilles dans l'orge. En parallèle, les enzymes impliquées dans la remobilisation de l'azote ont été étudiées. Leurs activités et les niveaux de leurs transcripts ont été mesurés. Une attention particulière a été portée aux glutamine synthétases et asparagine synthétases et aux protéines de la machinerie de l'autophagie, processus connus pour jouer un rôle dans la remobilisation de l'azote pendant la sénescence des feuilles. A partir de toutes les données de séquences disponibles, ADNc, EST et séquences génomiques, cinq gènes codant pour les isoformes de glutamine synthétase cytosoliques (GS1), cinq gènes codant pour les isoformes d’asparagine synthétase (AS) isoformes et 19 gènes codant pour des protéines de la machinerie de l'autophagie ont été identifiés. Les expressions de tous les gènes identifiés ont été suivies au cours de la sénescence des feuilles et en fonction de l'alimentation en nitrates. La plupart de ces gènes sont sur-exprimés dans les feuilles sénescentes et de façon différentielle en fonction des conditions de nutrition. Toutes les données de séquences fournies par ce travail seront utiles à d'autres études translationelles et d'association génétique. / Barley (Hordeum vulgare L.) is one of the most important cereals in the world. It was one of the first domesticated crops and was used for centuries for human food. As all plants, barley has a fundamental dependence of inorganic nitrogen and nitrogen remobilization efficiency is very important for grain filling and grain protein content. The aim of this work was then to give a picture of the leaf-senescence metabolism in barley leaves when plants are grown under low or high nitrate conditions. Biochemical, physiological and molecular analyses of barley leaf senescence were performed. Nitrogen management during leaf senescence was monitored measuring changes in the different nitrogen pools during leaf ageing. In addition a large metabolite profiling study was performed in order to determine the metabolic hallmarks of leaf senescence in barley. In parallel enzymes involved in nitrogen remobilization were studied measuring their activity and the transcript levels of their coding genes. There was a special focus on glutamine synthetase and asparagine synthetase enzymes and for autophagy machinery that are known to play a role in nitrogen remobilisation during leaf senescence.From all the sequences data available, cDNA, EST and genomic sequences, we could identified five genes coding for cytosolic glutamine synthetase (GS1), five genes coding for asparagine synthetase (AS) and 19 genes coding for autophagy machinery proteins. Transcript levels of all the genes identified were monitored during leaf senescence and depending on nitrate nutrition. Most of these genes were over-expressed in senescing leaves and differentially expressed depending on nitrate conditions. In addition to the characterization of autophagy, GS1 and ASN genes, phylogenic and gene structures were analysed. All the sequences data provided by this work will be helpful to further translational and genetic association studies.

Dans le cadre du changement climatique et de l'évolution de la réglementation concernant les intrants azotés, la culture du colza risque d'être fortement pénalisée dans la mesure où c'est une culture qui nécessite d'importants apports azotés pour atteindre son potentiel de rendement. Par ailleurs, comme chez le colza un déficit hydrique induit l'accumulation de certains composés azotés, il est vraisemblable que cela conduise au détournement d'une quantité importante d'azote vers les organes végétatifs aux dépens des organes reproducteurs et donc du rendement. Chez le colza, la réponse métabolique au déficit hydrique se traduit par une très forte accumulation de proline et dans une moindre mesure une augmentation de la teneur en GABA (acide γ-aminobutyrique), deux acides aminés connus chez la plupart des plantes pour leur réponse à de nombreux stress abiotiques. L'objectif de cette thèse est de déterminer comment le métabolisme de ces deux molécules contribue à l'allocation de l'azote au cours du développement de la plante en situation normale comme en condition de stress hydrique et/ou azoté. Pour répondre à cette question nous avons fait le choix de caractériser deux voies enzymatiques majeures impliquées dans le catabolisme de la proline et du GABA : la proline déshydrogénase (ProDH) et la GABA-transaminase (GABA-T) et d'évaluer l'impact de carences hydriques et/ou azotées sur ces voies. Cette étude nécessitait d'identifier au préalable les gènes codant ces enzymes afin d'aborder une approche fonctionnelle. Les résultats montrent l'existence de multiples copies de gènes ProDH et GABA-T dans le génome du colza. L'analyse de leurs profils d'expression suggère que des processus de sub-fonctionnalisation sont en cours conduisant à l'expression spécifique, de certaines copies en réponse aux stress, et d'autres dans les processus développementaux. La comparaison des profils métaboliques avec les profils spécifiques des transcrits a permis d'élaborer des hypothèses sur le rôle de ces voies dans la gestion de l'azote. L'étude conjointe des métabolismes de la proline et du GABA suggère l'existence de régulations connexes entre les deux. Enfin, l'utilisation de plantules a permis - d'approfondir la régulation des gènes étudiés à des stades précoces de développement - et de mettre en évidence les effets délétères de l'inhibition de la GABA-T par une approche pharmacologique. En conclusion ces résultats apportent des précisions sur la régulation de ces deux enzymes et fournissent des éléments de réponse quant au rôle fonctionnel des catabolismes de la proline et du GABA dans les processus de gestion de l'eau et de l'azote chez le colza. Ces travaux constituent donc une première étape dans une démarche de validation de ces gènes comme candidats pour des programmes d'amélioration du colza visant à sélectionner des génotypes mieux adaptés aux conditions environnementales futures. / In the context of climate change and recent regulation concerning nitrogen inputs, the oilseed rape yields may be severely decreased because its crop requires significant nitrogen supply to reach high yield performance. Moreover, as water deficit induces the accumulation of some nitrogen compounds in oilseed rape, it is likely that this could lead to diversion of significant amounts of nitrogen to the vegetative organs at the expense of the reproductive ones and therefore of the yield. In oilseed rape, the metabolic response to water deficit results in a very high proline accumulation and, to a lesser extent, an increased content of GABA (γ-aminobutyric acid), both these amino acids known for their response to many environmental stresses in most species. The objective of the work presented here was to determine how the metabolism of proline and GABA contributes to the nitrogen allocation during plant development under optimal conditions and under water stress and/or nitrogen depletion. To answer this question, we have chosen to characterize two major enzymatic pathways involved in the catabolism of proline and GABA, proline dehydrogenase (ProDH) and GABA transaminase (GABA-T), and assess the impact of water and/or nitrogen deficiency on these pathways. This study has required to preliminary identify the genes encoding these enzymes in order to initiate a functional approach. The results show the presence of multiple copies of ProDH and GABA-T genes in the oilseed rape genome. Analysis of their expression profiles suggests that sub-functionalization processes are occurring, leading to the specific expression of some copies in response to stress, and some in developmental processes. Comparison of metabolic profiles with specific profiles of transcripts allows us to hypothesize about the role of these pathways in management of nitrogen. The combined study of proline and GABA metabolisms suggests the existence of relationships between them. Finally, the use of seedlings allows - further studying the regulation of genes in the early stages of development - and highlighting the deleterious effects of the inhibition of GABA-T by a pharmacological approach. In conclusion these results supply information on the regulation of these two enzymes and provide answers about the functional roles of proline and GABA catabolisms in the management processes of water and nitrogen in oilseed rape. These works constitute a first step in validation process of these genes as putative candidates for oilseed rape breeding programs to select genotypes better adapted to future environmental conditions.